火电厂锅炉低氮燃烧改造及运行优化分析

唐利兴

（山西漳山发电有限责任公司，山西长治046021）

引言

近年来，我国针对火电厂大气污染物排放量的防治方面制定了多项法律法规以及防治政策，尤其在国内大范围出现雾霾天气后，大气污染物排放防治问题逐渐引起国家环保部以及其他相关部门的关注和重视。如何有效控制大气污染物排放量是现如今火力发电行业亟待解决的问题，而作为火电厂运行的主要设备，锅炉的改造与优化运行成为首要任务，从源头入手，从根本上减少锅炉燃烧产生的氮氧化物（NOx），从而实现对空气污染物有效控制的目的，切合国家环境保护战略思想。

1 低氮燃烧技术内容概述

目前，我国火电厂关于控制大气污染物排放的主要方法为降NOx，工作原理主要是锅炉燃烧中脱氮的低氮燃烧技术与燃烧后脱氮的烟气脱硝技术相结合，燃烧中脱氮主要是根据NOx的生成机理而研制的低氮燃烧技术[1]，是由低氧燃烧、空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环等构成的，通过将燃烧器布置在纵向位置，在锅炉内构成氧化还原、主还原、燃尽区三个板块，还可根据不同锅炉的形态调整燃烧器的摆放位置，从而使有机燃料与配风在锅炉内分区、分级、低温、低氧燃烧，降低燃烧中产生的NOx排放量，进而实现清洁燃烧。

2 NOx治理现状

根据国内外相关研发人员对NOx的危害、有机燃料燃烧中NOx的生成机理以及降NOx技术的分析与研究结果显示，大致可将NOx分成热力型NOx、燃料型NOx和快速性NOx三种，而我国火电厂锅炉燃烧中产生的氮氧化物主要为燃料型NOx，低氮燃烧技术也主要针对燃料型NOx。其中热力型NOx是锅炉内局部高温生成的，生成量对空气污染基本不构成威胁。降NOx方法可分为三个阶段，即燃烧前、燃烧中以及燃烧后的处理，其中燃烧前脱氮是通过在燃料燃烧前将燃料转化成低氮燃料，但这种技术相对复杂，难度较大且成本较高，在我国也仅处于研究阶段，暂未投入使用。燃烧中脱氮主要通过抑制NOx的生成，再将已生成的NOx进行还原。燃烧后脱氮即烟气脱硝，主要通过选择性催化还原法、非催化还原法、液体吸收法等技术来实现降低NOx生成量。

3 低氮燃烧器改造方案分析

3.1 燃烧器的选择

在低氮燃烧器改造方案中，选择适合的燃烧器是其中的关键[2]。目前来看，国内应用较为广泛的燃烧器主要有两种，一种是水平浓淡燃烧器，另一种是垂直浓淡燃烧器。水平浓淡燃烧器主要是对水平方向的煤粉进行浓淡分离，主要以其射流偏向炉内中心位置、径直卷吸能力较强、“风包煤”效果显著等特点集中应用于炉内脱氮技术。垂直浓淡燃烧器主要是对垂直方向的煤粉进行浓淡分离，通过将其布置在燃烧组的垂直方向，可以达到燃烧区内煤粉宏观浓淡分离的效果。在选择燃烧器类型时，应充分考虑炉内煤粉浓淡分离的效果，控制好分离比例以及相关参数，保证炉内低氮燃烧彻底。

3.2 主燃烧器的改造

在主燃烧器改造过程中，首先应规定主燃烧器的标准高度以及固定四角风箱风道和挡板风箱的位置[3]，将所有的24支一次风燃烧器即喷口、喷嘴体、弯头更换至符合实际要求的构件，最下层一次风改造成等离子发生器轴向插入式的等离子燃烧器，以及剩下的20支一次风燃烧器更改为上浓下淡或下浓上淡的浓淡燃烧器。其次，利用耐热性较高的钢板封闭处于四层中间的二次风喷口，全部更换剩余二次风喷口[4]，将有贴壁风喷口布置在三层中的二次风以及中间第二层的二次风喷口处，随时供给水冷壁表面足够的氧气，避免出现结渣和因炉内温度过高而出现腐蚀状况。最后，通过改变除下层二次风以外的其他二次风喷口的射流方向以及将一次风射流方向与其他二次风喷口的角度控制在10°，确保前期缺氧燃料与后期供给氧的充分混合。

3.3 OFA喷口及二次风的设计

OFA是锅炉燃烧系统中的一种喷口，因其结构简单而被广泛应用。在低氮燃烧技术改造过程中，应尤其注意在原有的锅炉燃烧系统对于OFA喷口的二次使用问题。在主燃烧器上层的OFA喷口结合反切作用，用以控制炉内的气流，减少炉内出烟口的温度偏差。若原OFA喷口的尺寸、设置风速及风量不符合低氮燃烧技术的改造方案，可利用耐热板进行封堵或重新改造。在燃烧器上端布置比例较大的二次风，可将炉内燃烧的空气进行分级燃烧，有效控制氮氧化物的生成，保证锅炉燃烧效率。另外，还应将燃尽区的位置与大小考虑到二次风设计中。

4 火电厂低氮燃烧运行优化方案分析

4.1 一次风、二次风以及周界风的优化调整

在锅炉燃烧过程中，氮氧化物的浓度会随着燃尽风风量的变化而变化，即风量越大，炉内的氧气含量就越低，氮氧化物的浓度也就越低。通过调节机组不同功率的运行状况以及正宝塔、倒宝塔等配风方式的对比分析得出，倒宝塔配风运行中所产生的氮氧化物成量较低，可在一定程度上减少氮氧化物对大气的污染，但在实际运行中，应结合氮氧化物和锅炉燃烧效率等因素，将各层的二次风开度严格控制在70%以下，上层二次风开度小于35%，并且各层周界风的开度控制在大于15%小于20%。具体的优化调整方案要根据实际情况作出适当改变[5]。

4.2 燃烧器摆角与燃尽风的优化调整

根据低氮燃烧过程中氮氧化物生成量的分析可知，燃烧器摆角与燃尽风的优化调整对氮氧化物生成具有至关重要的作用。将燃尽风的摆角调整至向上倾斜，可大大减少锅炉两侧气温的偏差，有效提升摆角运行中的工作效率。此外，在改造过程中，优化调整燃尽风的目的在于在保证锅炉内总分量稳定的基础上，结合实际运行情况，增大燃尽风挡板，从而降低氮氧化物的排放量以及飞灰的参数。

4.3 炉内含氧量的优化调整

为降低炉内氧气的增加而增加氮氧化物的排放量，可以通过控制炉内含氧量来降低氮氧化物的生成量，正常情况下，炉内含氧量越低，氮氧化物排放量也就越少，但经试验后发现，炉内含氧量过低会造成飞灰可燃物增高，燃尽废物中的含碳量过高等状况的发生，所以经过长时间的实践总结出，最好将炉内氧量控制在低于3.5%高于2.5%，在降低火电厂氮氧化物排放量的同时确保锅炉燃烧的工作效率[6]。

5 结语

对锅炉低氮燃烧技术的优化与调整可以有效提高锅炉燃烧的工作效率，降低氮氧化物排放量，对火电厂的长久发展具有重要意义。在生态环境质量日益恶化的今天，火力发电行业必须做出适时的调整，以适应社会发展需求。

[1]刘朝伦.火电厂锅炉低氮燃烧改造及运行优化研究[J].科学与财富，2015，7（Z2）：742.

[2]王琳，杨宏君.低NOx所致锅炉运行问题的解决方案[C]//全国火电600MW级机组能效对标及竞赛第十九届年会论文集，2015：809-815.

[3]霍新华，宋立斌，田占军，等.DG1025t/h“W”锅炉低氮燃烧改造技术探讨[C]//第五届发电厂锅炉优化改造与配煤掺烧技术经验交流研讨会论文集，2015：732-742；769.

[4]敖光辉，曾红林，李军保，等.火电厂锅炉低氮燃烧改造及运行优化调整[J].江西电力，2014，38（2）：77-80.

[5]公立新.旋流燃烧器低氮改造及运行调整[J].华北电力技术，2014（5）：58-63.

[6]邓均慈.600 MW亚临界锅炉低氮改造后燃烧优化试验分析[J].广西电力，2014，37（3）：82-85.